- Sự phát triển của hệ sinh vật và chuỗi dinh dưỡng trong bãi lọc ngập nước - Môi trường sống của các loài chim và động vật hoang dã
- Lợi ích đối với con người: thẩm mỹ, cảnh quan 5.2.4 Vai trò của thực vật trong bãi lọc trồng cây
- Sự trao đổi chất của thực vật (hấp thu, thải oxy…) ảnh hưởng đến việc xử lý nước theo cấp độ khác nhau
- Tạo cảnh quan, môi trường sống cho loài hoang dã
Bảng 5.3. Vai trò xử lý các bộ phận của thực vật
Các bộ phận của thực vật Vai trò trong xử lý
Những mô nổi trên mặt nước • Giảm ánh sáng giảm sự phát triển của các phiêu sinh vật • Ảnh hưởng đến khí hậu tại khu vực cách nhiệt mùa đông • Giảm sức gió giảm nguy cơ xáo trộn
• Tạo cảnh quan đẹp • Tích tụ chất dinh dưỡng Những mô chìm dưới mặt
nước • Có tác dụng lọc các vật thể trong dòng nước thải
• Giảm tốc dộ dòng chảy tăng tốc độ lắng đọng, giảm nguy cơ xáo trộn
• Cung cấp bề mặt dính bám cho các màng sinh học
• Khả khí oxy thông qua quá trình quang hợp tăng cường quá trình phân hủy hiếu khí
• Tiêu thụ chất dinh dưỡng
Rễ và thân rễ trong lớp bùn • Gia cố bề mặt lớp bùn lắng đọng ít sói mòn • Chống tắc nghẽn trong hệ thống dòng chảy đứng
• Nhả khí oxy làm tăng cường quá trình phân hủy hiếu khí và nitrat hóa
• Tiêu thụ chất dinh dưỡng
• Làm phát sinh các chất kháng sinh
5.3 Nghiên cứu ứng dụng bãi lọc trồng cây ngập nước trong xử lý nước thải
Đề tài: “Nghiên Cứu Khả Năng Xử Lý Nước Thải Sinh Hoạt Bằng Mô Hình
Đất Ngập Nước Nhân Tạo Dùng Sậy, Nến, Vetiver” của Tác giả Thái Vân Anh, Lê
Thị Cẩm Chi Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP.HCM, Trường Đại học An Giang; Mục Chuyên-san-53-60, của chuyên san CNSH & KTMT - Tạp Chí Khoa Học Công Nghệ Và Thực Phẩm.
Tóm tắt nội dung: Nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá hiệu quả hệ thống đất ngập nước nhân tạo có dòng chảy ngầm theo phương đứng (V-SFS) cho xử lý nước thải sinh hoạt. Nghiên cứu được tiến hành trên 03 mô hình gồm 03 loài thực vật (sậy, Vetiver, nến) và vận hành song song nhau trong suốt các tải trọng thủy lực (HAR) khác nhau (176, 132, 88 và 44 mm/ngày). Đồng thời, có 6 chỉ tiêu ô nhiễm được đánh giá gồm: TSS, BOD5, N-NH+4, NNO3-, P- PO43- - và T.coliform. Kết quả đạt được tốt nhất qua nghiên cứu là: TSS 96,9%, BOD5 96%, N-NH+4 60,5%, P-PO43-
hình có tải trọng thủy lực (HAR) thấp nhất và thời gian lưu nước (HRT) dài nhất. không có sự khác biệt đáng kể nào về hiệu quả xử lý giữa các loài thực vật khác nhau 5.3.1 Nội dung nghiên cứu
03 loài thực vật xử lý gồm vetiver, nến và sậy được thu thập từ các cây non có sẵn ở các đầm lầy trong tự nhiên. Trước khi cấy vào mô hình nghiên cứu, thực vật được cắt ngắn với chiều dài cả thân và rễ là từ 250 - 300mm, mật độ cây là 20 cây/m2. Suốt 30 ngày đầu, mô hình chỉ được bổ sung nước sạch, nhằm giúp thực vật bám rễ và thích ứng với môi trường mới. Khi kết thúc tải thích nghi, nghiên cứu được tiếp tục tiến hành với các tải trọng hữu cơ lần lượt là 350, 525 và 700 kgCOD/ha.ngày, nhằm để đánh giá hiệu quả xử lý của 03 mô hình đất ngập nước trồng 03 loại thực vật khác nhau ứng với các tải trọng khác nhau
5.3.2 Mô hình nghiên cứu
Mô hình: Mô hình đất ngập nước nhân tạo dòng chảy ngầm theo phương đứng có quy mô phòng thí nghiệm được làm bằng vật liệu mica dày 8mm. Kích thước bề: dài x rộng x cao = 1,2m x 0,4m x 0,7m, tỉ số chiều dài: chiều rộng là 3:1. Đáy bể được bố trí với độ dốc 3% nhằm đảm bảo nước sau xử lý được thu gom hoàn toàn. Khung đỡ chịu lực và chân đế mô hình được làm bằng thép hộp sơn chống rỉ, kích thước 10x20mm, chiều cao chân đế là 0,5m.
Cả 3 mô hình được thiết kế như nhau.
Vật liệu: Mỗi mô hình gồm 3 lớp vật liệu được sắp xếp theo một trình tự nhất định như nhau: Lớp trên cùng là lớp cát mịn với đường kính từ 1-2mm, chiều cao lớp cát là 200mm, Lớp ở giữa là lớp sỏi tròn có đường kính từ 5-10mm, chiều cao lớp này là 100mm, Lớp dưới cùng là lớp đá 10x20mm, cao 150mm. Thực vật: Thực vật xử lý ở đây là cỏ Vetiver (Chrysopogon zizanioides), cỏ nến (Typha orientalis G.A. Stuart) và sậy (Phragmites australis), khoảng cách giữa 2 cây là 20 cm, mật độ trung bình là 20 cây/m2.
Nước thải đầu vào và đầu ra: Nước thải đầu vào được phân phối đều trên toàn bộ diện tích mặt thoáng của mô hình bằng bơm định lượng, ống phân phối nước bằng PVC có đường kính D21mm, đường kính lỗ phân phối 4mm, bước lỗ 20mm. Nước đầu ra được lấy qua hệ thống ống thu nước PVC có đường kính D42 mm, hệ thống này được bố trí khắp đáy bể và đặt sát đáy.
Nguyên lý hoạt động: Nước thải đầu vào được phân phối đều trên bề mặt tiếp nhận nước thải với hệ thống phân phối bằng ống PVC, đục lỗ. Sau đó, nước thải từ từ chảy qua các lớp vật liệu lọc và rễ thực vật xử lý theo chiều từ trên xuống, nước thải sau xử lý được thu gom bằng hệ thống đường ống PVC có khe lọc phân bố sát đáy bể. Các quá trình hóa học và sinh học sẽ xảy ra trong vùng có rễ thực vật xử lý và các khu vực có thể tạo màng bám sinh học trên vật liệu lọc. Các vi sinh vật sống trong vật liệu lọc và sống bám vào hệ thống rễ cây trồng sẽ tiêu thụ các chất hữu cơ có trong nước thải phục vụ cho các quá trình sinh sản và phát triển của chúng. Bên cạnh đó, hệ thống rễ cây cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý nước thải qua việc hấp thu các chất dinh dưỡng có trong nước thải, đồng thời nó cung cấp oxy tạo ra các quá trình phân hủy hiếu khí bên trong mô hình. Còn các quá trình cơ học như lắng, lọc xảy ra chủ yếu ở lớp cát lọc và sỏi lọc. Các quá trình này giúp loại bỏ hầu như hoàn toàn cặn lơ lửng có trong nước thải
Hình 5.3. Sơ đồ nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt mô hình đất ngập nước nhân tạo
5.3.3 Kết quả - thảo luận 5.3.3.1 Hiệu quả xử lý TSS 5.3.3.1 Hiệu quả xử lý TSS
Theo kết quả nghiên cứu, hiệu quả loại bỏ TSS ở các tải trọng và thực vật khác nhau đều rất cao, chiếm trên 90%. Tại các tải trọng 3 và 4, ta nhận thấy không có sự chênh lệch lớn giữa các loài thực vật, hiệu suất lệch trung bình là từ 0,3% - 1,5%, còn tại tải 1, tải 2 thì độ lệch tương đối lớn hơn chiếm từ 5,8% - 7,5%. Kết quả này nhỏ hơn nhiều so với giới hạn cho phép của quy chuẩn về chất lượng nước thải sinh hoạt QCVN 14-2008/BTNMT, mức A quy định là 50 mg/l.
5.3.3.2 Hiệu quả xử lý BOD5
Hình 5.5. Nồng độ BOD5 trung bình qua các tải nghiên cứu
Hiệu quả xử lý BOD5 cao nhất đạt được trong các mô hình nghiên cứu là tại tải 2 ứng với các loài thực vật chiếm ưu thế lần lượt là sậy (96%), nến (94,1%), vetiver (91,3%). Khi qua đến các tải 3, 4 thì hiệu quả bắt đầu giảm dần đều ở cả 03 mô hình, điều này có thể giải thích là do khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ chứa cacbon đã bị suy giảm, một phần từ quá trình lắng tụ TSS trong thời gian dài dẫn đến làm nghẽn một diện tích nhỏ trên bề mặt thoáng của mô hình làm hạn chế khả năng khuếch tán oxy, mặt khác là do khi thực vật phát triển mạnh vào giai đoạn cuối làm che phủ hầu hết mặt thoáng của bể. Nồng độ BOD5 sau xử lý là rất thấp, trong các tải vận hành trung bình từ 5,5 mg/l (sậy, tải 2) đến 21,4 mg/l (vetiver, tải 4), tất cả đều nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 14-2008/BTNMT, mức A quy định là 30 mg/l
5.3.3.3 Hiệu quả xử lý NH4+
Hình 5.6. Nồng độ NH4+ trung bình qua các tải nghiên cứu
NH4+ được tạo thành từ quá trình ammoni hóa các chất hữu cơ có trong nước thải và xảy ra cả trong vùng oxy hóa lẫn vùng khử của hệ thống DNNNT. Cơ chế khử NH4+ chủ yếu là quá trình nitrat hóa được thực hiện trong môi trường hiếu khí bởi vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter. Ngoài ra NH4+ còn được loại bỏ thông qua quá trình khuếch tán trực tiếp vào khí quyển và được hấp thụ một phần bởi thực vật. Nồng độ NH4+ trong nước thải đầu vào mô hình tại các tải nghiên cứu là rất cao, dao động từ 57,1 – 77,3 mg/l. Vì vậy, hiệu quả xử lý NH4+ qua các tải nghiên cứu đều rất thấp và giảm dần khi tăng tải trọng hữu cơ, trung bình từ 58 41,6% (vetiver) - 55,2% (sậy) ở tải 2; 28,2% (nến) – 37,3% (sậy) ở tải 3; 24,6% (nến) –32,1% (sậy). Tuy nhiên, mặc dù hiệu suất đạt được là thấp nhưng mô hình trồng sậy đã thể hiện được khả năng xử lý vượt trội hơn hẳn 02 loài thực vật còn lại, điều này một lần nữa giúp khẳng định sậy là loài thực vật rất có tiềm năng cho việc cung cấp oxy vào bên trong mô hình nghiên cứu.
Hình 5.7. Nồng độ NO3- trung bình qua các tải nghiên cứu
NO3- được loại bỏ ra khỏi nước thải chủ yếu thông qua quá trình khử nitrat được thực hiện bởi vi khuẩn Pseudomonas, Alcaligenes hay Bacillus, quá trình này diễn ra ở tầng vật liệu sâu dưới cùng và trong điều kiện kỵ khí (không có oxy). Đồng thời, một phần NO3- được thực vật hấp thụ, chuyển hóa tại vùng rễ hoặc vận chuyển lên lá và chuyển hóa nhờ vào quá trình quang hợp của cây. Nồng độ NO3- sau xử lý cũng rất thấp, từ 0,98 – 1,24 mg/l ở tải 1;1,25 – 2,78 mg/l ở tải 2; 1,56 – 2,51 mg/l ở tải 3; 1,43 – 1,82 mg/l ở tải 4. Nồng độ NO3- không dao động đáng kể giữa các tải trọng cũng như là giữa các loài thực vật khác nhau. Các nồng độ này đều nhỏ hơn rất nhiều so với ngưỡng giới hạn cho phép của QCVN 14-2008/BTNMT quy định mức A là 30 mg/l và mức B là 50 mg/l.
5.3.3.5 Hiệu quả xử lý PO43-
Hiệu quả xử lý PO43- cao nhất là tại tải 2 và 3 ứng với 37,73% (nến); 40,59% (vetiver); 47,8% (sậy) và 39,23% (nến); 39,82% (vetiver); 46,76% (sậy). Hiệu quả xử lý thấp nhất là tại tải 4 với 30,3% (vetiver); 31,34% (nến); 35,31% (sậy). Như vậy, hiệu quả xử lý PO43- tăng59 dần từ tải 1 (tải thích nghi) đến tải 2, rồi giảm nhẹ ở tải 3, sau đó giảm mạnh ở tải còn lại. Điều này có thể giải thích bởi khả năng hấp phụ lên trên bề mặt các hạt vật liệu trong hệ thống DNNNT đã giảm dần theo thời gian và đến một mức độ nào đó nó sẽ trở nên bảo hòa, cần thay thế vật liệu khác
5.3.3.6 Hiệu quả xử lý tổng Coliform
Hệ thống DNNNT luôn tỏ ra là có ưu thế mạnh trong việc loại bỏ các thành phần vi sinh vật gây bệnh mà không cần sử dụng đến những hóa chất diệt khuẩn. Trong đó, yếu tố cơ bản chính là thời gian lưu nước đủ dài trong hệ thống và khả năng bức xạ trực tiếp tia UV từ ánh sáng mặt trời vào các vi sinh vật gây bệnh này. Điều này ta có thể thấy được qua kết quả nghiên cứu, hiệu quả xử lý T.coliform đạt mức cao hơn tại tải 1 và 2 ứng với 94,97% (nến); 95,51% (sậy); 97,7% (vetiver) và 96,45% (vetiver); 97,45% (sậy), 97,73% (nến). Nguyên nhân là do tải 1,2 có thời gian lưu nước cao nhất (8 và 4 ngày) và đồng thời được vận hành trong giai đoạn đầu của nghiên cứu nên các thực vật phát triển chưa mạnh, không làm che phủ bề mặt mô hình nên giúp tăng khả năng diệt khuẩn bởi ánh sáng mặt trời.
5.3.4 Kết luận
Qua kết quả nghiên cứu ta có thể rút ra được một số kết luận như sau:
Với tải trọng hữu cơ 175 kgCOD/ha.ngày và thời gian 30 ngày, thực vật xử lý đã kịp thời thích nghi, sinh trưởng và phát triển mạnh, tạo điều kiện thuận lợi cho khả năng xử lý ở các tải trọng sau. Tải trọng hữu cơ tối ưu cho quá trình xử lý cả các chỉ tiêu hóa lý và sinh học trong mô hình nghiên cứu là 350 kgCOD/ha.ngày, ứng với các thông số vận hành là HRT: 4 ngày, HAR: 88 mm/ngày. Không có sự khác biệt đáng kể nào về khả năng hấp thụ giữa các loài thực vật, cũng như khả năng xử lý giữa các mô hình nghiên cứu. Tuy nhiên, mô hình trồng cỏ sậy tỏ ra vượt trội hơn nhờ vào khả năng vận chuyển oxy từ thân vào vùng rễ tốt hơn so với các loài thực vật khác. Khả năng xử lý TSS không phụ thuộc vào tải trọng thủy lực hay tính chất đầu vào của
nước thải, không phụ thuộc vào loài thực vật, mà phụ thuộc chủ yếu vào cấu trúc lớp vật liệu lọc. Kết quả cho thấy tiềm năng ứng dụng lớn của hệ thống DNNNT dòng chảy ngầm theo phương đứng cho xử lý nước thải sinh hoạt, nhất là áp dụng cho các cụm dân cư ở khu vực ngoại thành và nông thôn. Vì hệ thống này vừa có thể tận dụng những vùng đất bỏ hoang, nhiễm mặn, phèn để xây dựng, lắp đặt mà còn có chi phí đầu tư và vận hành thấp, đồng thời mang lại mảng xanh cho môi trường sinh thái.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Căn cứ Luật Bảo vệ môi trường số 72/2020/QH14 ngày 17/11/2020 của Quốc hội trước CHXHCN Việt Nam;
2. Nghị định số 08/2022/NĐ-CP của Chính phủ ngày 10/01/2022 quy định chi tiết một số điều của Luật Bảo vệ Môi trường
3. Báo cáo hiện trạng môi trường Quốc Gia 2019 – Bộ Tài Nguyên Và Môi Trường
4. QCVN 26:2010/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật Quốc Gia về tiếng ồn
5. QCVN 14:2008/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật Quốc Gia về nước thải sinh hoạt 6. TCVN 9466:2012 Chất thải rắn – Hướng dẫn lấy mẫu từ đống chất thải
7. Báo cáo hiện trạng môi trường Quốc Gia 2019 – Bộ Tài Nguyên Và Môi Trường
8. Nguyễn Trung Việt – Trần Thị Mỹ Diệu (2009), Giáo trình Quản lý chất thải rắn sinh hoạt, NXB Công ty môi trường tầm nhìn xanh, TP. Hồ Chí Minh
9. Chương trình Thoát nước và chống ngập đô thị Đồng bằng sông Cửu Long ứng phó với biến đổi khí hậu (FPP) - Câu chuyện thành công #
TÀI LIỆU ĐIỆN TỬ
1. https://luatminhkhue.vn/
2. Lịch sử và ứng dụng mái nhà xanh https://www.cayxanhsaigon.com/ 3. Tấm thoát nước ngầm JUPI CELL http://giaiphapxanh.com.vn/
PHỤ LỤC I
Bảng quy đổi nồng độ SO2, NO2 từ ppb sang µg/m3
SO2: 1ppb = 2,62 µg /m3
NO2: 1ppb = 1,88 µg/m3
STT Ngày Giờ (ppb)SO2 (ppb)NO2 (µg/mSO23) (µg/mNO23)
1 20020714 0 9 5 23,58 9,4 2 20020714 100 6 3 15,72 5,64 3 20020714 200 6 4 15,72 7,52 4 20020714 300 5 4 13,1 7,52 5 20020714 400 4 6 10,48 11,28 6 20020714 500 4 5 10,48 9,4 7 20020714 600 4 7 10,48 13,16 8 20020714 700 4 7 10,48 13,16 9 20020714 800 4 7 10,48 13,16 10 20020714 900 4 7 10,48 13,16 11 20020714 1000 7 8 18,34 15,04 12 20020714 1100 8 8 20,96 15,04 13 20020714 1200 9 8 23,58 15,04 14 20020714 1300 9 10 23,58 18,8 15 20020714 1400 13 7 34,06 13,16 16 20020714 1500 12 6 31,44 11,28 17 20020714 1600 12 7 31,44 13,16 18 20020714 1700 3 1 7,86 1,88 19 20020714 1800 8 7 20,96 13,16 20 20020714 1900 17 22 44,54 41,36 21 20020714 2000 18 20 47,16 37,6 22 20020714 2100 14 9 36,68 16,92